Universidade do Estado do Rio de Janeiro
Departamento de Físico-Química Eletroquímica e Fenômenos de Superfície - QUI 05-09556 Profa. Angela Sanches Rocha
a
1 Lista de exercícios Questões gerais: 1) Explicar as diferenças entre condutor eletrônico e condutor eletrolítico com relação ao transporte de cargas. 2) O que se entende por eletrólito fraco e eletrólito forte? 3) Definir: a) mobilidade eletrônica; b) resistividade; c) condutividade; d) resistência; e) condutância. Quais são as unidades destas grandezas? 4) Que fatores são responsáve r esponsáveis is pela capacidade de uma solução eletrolítica conduzir corrente elétrica? 5) Como se pode medir a condutância ou a condutividade de uma solução eletrolítica? 6) Explicar o efeito da temperatura sobre a condutividade do condutor eletrônico e do condutor eletrolítico. 7) Explicar o efeito da concentração sobre a condutividade de um condutor eletrolítico. 8) Definir condutância e condutividade molar. Quais as suas unidades? 9) Quais os efeitos que explicam o fato da condutividade molar de um eletrólito diminuir com o aumento da concentração? Que relações exprimem a dependência da condutividade molar com a concentração? Quais os limites de validade destas equações? 10) Por que se observa experimentalmente que a condutividade limite é uma propriedade aditiva? 11) Como se enuncia a lei l ei da migração independente dos íons? 12) Definir mobilidade iônica e número de transporte. 13) Qual a relação entre mobilidade iônica e condutividade molar iônica? 14) Como a mobilidade iônica e o número de transporte variam com a concentração? 15) Como se pode determinar a condutividade molar à diluição infinita de um eletrólito forte? E de um eletrólito fraco? 16) Explicar o que é o efeito de relaxação e o efeito eletroforético e como atuam sobre a migração iônica. 17) Explicar o que é o raio de hidratação de um íon ío n em solução. 18) Que relação existe entre a mobilidade de íon e seu tamanho? 19) Descreva os métodos de medida do número de transporte.
Exercícios 1.1) Estimar a massa de cobre que será depositada com a passagem de uma corrente de 0,5 A durante 2 h na eletrólise de uma solução de sulfato de cobre. Resp. 1,18 g 1.2) Na eletrólise de uma solução de CuCl 2(aq) foi depositado 1,12 g de cobre metálico no cátodo. Qual a massa de cloro produzida? Resp. 1,25 g 1.3) A 25 °C, foi medida uma resistência de 177,5 Ω para uma solução de cloreto de sódio 0,05 mol/L. Previamente, a célula de condutividade foi calibrada, na mesma temperatura, com uma solução de KCl 0,1 mol/L, obtendo-se uma resistência de 76,42 −2
Ω.
Considerando que a condutividade do KCl 0,1 mol/L a 25 °C é 1,2896 10 S/cm, determinar a condutividade da solução de NaCl. -3 -1 Resp. 5,51x10 S cm 1.4) A partir dos dados de condutividade de soluções de KCl a 25°C apresentados abaixo, determinar a condutividade limite com o auxílio da Lei de Kohlrausch. 0,0005 0,0010 0,0050 0,0100 0,0200 0,0500 0,1000 c (mol/L) k (mS/m) 7,3905 14,695 71,675 141,27 276,68 666,85 1289,6 Discuta a validade da lei para a faixa de concentração estudada. 2 -1 Resp.149,87 S cm mol (usando os 3 primeiros pontos apenas) 1.5) Determinar a condutividade molar limite do ácido acético a partir das 2 condutividades limites dos seguintes eletrólitos fortes, a 25 °C: NaCl = 126,5 S·cm -1 2 -1 2 -1 mol , HCl = 426,2 S·cm mol e NaOOCCH3 = 91,0 S·cm mol . 2 -1 Resp. 390,7 S·cm mol 1.6) A condutividade de uma solução de ácido acético 0,01 mol/L é 16,23 mS/m, a 25°C. Estimar o grau de dissociação do ácido acético. Resp. 4,15 % 2 -1 1.7) A partir das condutividades molares limites do NaCl (126,5 S·cm mol ) e do 2 -1 + KCl (149,9 S·cm mol ) e dos números de transporte limites do Na em NaNO3 + (0,4121) e do K em KNO3 (0,5070), a 25 °C, calcular: as condutividades molares limites do NaNO3 e do KNO3, as condutividades iônicas limites e os números de + + − − transporte dos íons Na , K , Cl e NO3 . Respostas: Λ
∞
2
-1
(S cm mol )
∞
NaCl 126,5
KCl 149,9
NaNO3 121,6
KNO3 145,0
2
-1
50,1
73,5
50,1
73,5
2
-1
76,4
76,4
71,5
71,5
t +∞
0,396
0,490
0,4121
0,5070
t-∞
0,604
0,510
0,5879
0,4930
Λ+
(S cm mol )
∞
Λ-
(S cm mol )
1.8) Calcular a condutividade molar à diluição infinita do ácido acético, a partir das condutividades molares à diluição infinita dos eletrólitos abaixo: Eletrólito HCl CH3COONa NaCl
Λ
∞
-1
2
(ohm cm mol-1) 425,96 94,58 126,39
2
-1
Resp. 394,15 S·cm mol o 1.9) Um grama de NaCl é dissolvido em 2.000 litros de água a 25 C, dando uma solução que pode ser considerada como infinitamente diluída. Pergunta-se: a) qual a condutividade da solução? b) qual a resistência que apresentará se a constante da célula de -1 condutividade for 0,2 cm ? -1 2 -1 A condutividade molar à diluição infinita do NaCl vale 126,39 ohm cm mol . -6
-1
5
o
Resp. 1,08x10 S cm ; 1,85x10 Ω 1.10) A resistência de uma célula de condutividade contendo solução de KCl 0,01 M o é 525 ohms, a 25 C. A resistência da mesma célula contendo solução de NH 4OH 0,1 M é 2030 ohms. Estimar a constante de dissociação do NH 4OH, sabendo-se que as -1 2 -1 + condutâncias molares iônicas à diluição infinita são, em ohm cm mol do NH4 = o 73,5 e do OH = 198,0. A condutividade da solução de KCl 0,01N, a 25 C vale -3 -1 1,42x10 ohm /cm. -5 -1 Resp. 1,86x10 mol L -1 2 1.11) A tabela seguinte fornece os valores da condutividade molar, em ohm cm -1 mol , de soluções aquosas de ácido clorídrico em função da temperatura e da concentração. o
o
o
o
c (M) 0,0001 0,0005
25 C 424,5 422,6
35 C 487,0 484,7
45 C 547,9 545,2
55 C 606,6 603,5
65 C 662,9 660,0
0,001 0,005
421,2 415,7
483,1 476,7
543,2 535,5
601,3 592,6
657,8 647,3
0,01
411,9
472,2
530,3
586,5
641,2
0,05 0,1
398,9 391,1
456,7 446,8
512,4 501,1
562,6 552,8
616,9 602,8
Estimar: o o a) a condutividade molar a diluição infinita do HCl a 25 C e a 55 C; o b) a condutividade molar das soluções do ácido 0,0001 M e 0,05 M a 40 C; + c) as mobilidades iônicas e os números de transporte dos íons H e Cl na solução o + 0,0001 M do ácido a 65 C, em que a condutividade molar iônica do H à diluição o -1 2 -1 infinita a 25 C vale 349,38 ohm cm mol . 2 -1 2 -1 2 -1 2 -1 Resp. 425,7 S cm mol ; 549,6 S cm mol ; 515,8 S cm mol ; 482,4 S cm mol ; -3 2 -1 -1 2 -1 -1 5,65x10 cm V s ; 1,25 cm V s ; 0,819; 0,181 o -4 1.12) A 18 C, a mobilidade iônica a diluição infinita do íon amônio vale 6,6x10 2 -4 2 -1 -1 cm /V.s e a do íon clorato 5,7x10 cm V s . Calcular a condutividade molar do clorato de amônio e o número de transporte dos dois íons. -1
2
-1
Resp. 118,7 Ω cm mol ; 0,537; 0,463 o 1.13) A 18 C, a condutividade molar à diluição infinita para o nitrato de prata é -1 2 -1 + igual a 133,32 ohm cm mol . Qual a mobilidade do íon Ag ? O número de transporte + do íon Ag vale 0,471 para este eletrólito. -4 2 -1 -1 Resp. 6,51x10 cm V s
